Eynşteyn probleminə yeni yanaşma gözlənilməz fiziki hadisəni üzə çıxarıb

2023-cü ildə riyaziyyatda uzun illərdir həllini gözləyən bir problemi həll edən “Smit papağı” adlı forma bu dəfə nanosəviyyədə gözlənilməz optik hadisə nümayiş etdirib.

Tokio Universitetinin Sənaye Elmləri İnstitutunun və digər elmi qurumların tədqiqatçıları “Smit papağı” əsasında optik strukturlar hazırlayaraq onların işığı necə difraksiya etdiyini araşdırıblar. 

Nature Communications jurnalında dərc olunan tədqiqatın nəticələri göstərib ki, bu strukturlar xiral optik cavablar, yəni işıq nümunələrinin strukturun güzgü simmetriyasının olmaması ilə əlaqəli istiqamət xüsusiyyəti nümayiş etdirməsinə səbəb ola bilər.

“Smit papağı” ilk dəfə 2023-cü ildə bütün səthi heç bir zaman təkrarlanan nümunə yaratmadan örtə bilən tək bir forma kimi dünya miqyasında diqqət çəkib. İndi isə eyni qeyri-adi həndəsi quruluş nanosəviyyədə yenidən yaradılaraq lazer işığı ilə işıqlandırılıb və nəticədə ənənəvi kvazikristallarda müşahidə olunanlardan fərqli optik davranış ortaya çıxıb. Bu kəşfin riyazi əsasını uzun illərdir mövcud olan Eynşteyn problemi təşkil edir. Problem bir səthin yalnız bir forma – “monotil” adlandırılan tək plitə forması ilə təkrarlanmayan şəkildə örtülməsinin mümkün olub-olmadığını araşdırır. Məsələn, pətək və şahmat taxtası kimi tanınmış dövri naxışlar müəyyən qaydada müntəzəm şəkildə təkrarlanır. Aperiodik monotil isə bütün səthi təkrarlanan naxışa çevrilmədən örtə bilir.

“Smit papağı” 2023-cü ildə bu problemin ilk həllini təqdim edib. Lakin riyazi problemin həlli daha bir sualı açıq saxlamışdı: Belə qeyri-adi həndəsi quruluş hansı fiziki xüsusiyyətlər yarada bilər?

Tədqiqatın aparıcı müəllifi, Tokio Universitetinin Sənaye Elmləri İnstitutunun əməkdaşı Yuto Moritake bildirib ki, “Smit papağı”nın ən maraqlı xüsusiyyətlərindən biri ilk baxışda nizamsız görünən naxışın əslində pətək qəfəsi əsasında qurulmasıdır. “Bu unikal formanın gözlənilməz fiziki hadisələr yarada bilib-bilməyəcəyini görmək istədik”, – deyə Moritake qeyd edib.

Bu ehtimalı yoxlamaq üçün tədqiqatçılar elektron şüa litoqrafiyasından istifadə edərək silisium nitrid təbəqələri üzərində nanosəviyyəli “Smit papağı” naxışları hazırlayıblar. Daha sonra strukturlar lazer işığı ilə işıqlandırılıb və işığın materialla qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranan difraksiya nümunələri araşdırılıb. Adi kvazikristallarda müşahidə olunan davranışdan fərqli olaraq, bu strukturlar fərqli, pərvanə çarxını xatırladan difraksiya nümunələri yaradıb. Bu nümunələr aperiodik quruluşun xiral xarakterini birbaşa əks etdirib. Tədqiqatın baş müəllifi Masaya Notomi bildirib ki, strukturda güzgü simmetriyasının olmaması səbəbindən difraksiya nümunələrinin özləri də xiral xarakter alır.  “Biz müəyyən etdik ki, struktur güzgü simmetriyasına malik olmadığı üçün difraksiya nümunələrinin özləri də xiral olur. Bu cür optik cavab ənənəvi kvazikristal materiallarda müşahidə olunan davranışdan əsaslı şəkildə fərqlənir”, – deyə Notomi izah edib.

Tədqiqatçılar müəyyən ediblər ki, optik effekt sabit deyil. Daxil olan işığın istiqamətinin və ya polyarizasiyasının dəyişdirilməsi difraksiya nümunəsinin də dəyişməsinə səbəb olub. Alimlər strukturun həndəsəsi ilə onun optik cavabı arasında daha bir əlaqə aşkar ediblər. Strukturların real fəzada güzgü əksini yaratdıqda, onların nümayiş etdirdiyi optik davranış da əks istiqamətdə dəyişib. Bu isə simmetriya ilə idarə olunan yeni tip optik cavabın mövcudluğunu göstərib. Moritake bildirib ki, bu nəticələr kvaziperiodik nizamla xiralığın birləşməsinin tədqiqi üçün yeni istiqamət açır.  “Monotil naxışları simmetriya, xiralıq və aperiodiklik arasındakı qarşılıqlı əlaqədən yaranan optik hadisələri araşdırmaq üçün platforma yaradır”, – deyə alim qeyd edib. 

Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, monotillərdən ilhamlanan strukturlar gələcəkdə işığın idarə olunması, polyarizasiyaya nəzarət və qabaqcıl optik cihazların hazırlanması istiqamətində istifadə oluna bilər. Daha geniş mənada, araşdırmanın nəticələri göstərir ki, əvvəlcə yalnız abstrakt örtmə probleminin həlli üçün diqqət çəkən riyazi forma ənənəvi kvazikristal materiallarda indiyədək müşahidə olunmayan fiziki xüsusiyyətlər də yarada bilər.

Beləliklə, 2023-cü ildə riyazi problemin həllində mühüm rol oynayan “Smit papağı” indi fizikanın başqa bir sahəsində – işığın davranışının öyrənilməsində yeni imkanlar ortaya qoyur.

mənbə: scitechdaily.com